為什么顛覆性研究越來越少了？科學家從4500萬篇論文中得到答案 | Nature封面

蕭簫 2023-01-05 14:05:13 來源：量子位

詹士 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

顛覆性研究正在衰落，人類重大科技進步正放緩。

上述觀點來自本周Nature封面文，主標題：NET LOSS(凈虧損)，頗為醒目。

文章作者認為，盡管近幾十年來創(chuàng)新和科學研究呈爆炸式增長，但是，知識的增加并未帶來重大進展。

通過分析過去60年來4500萬篇論文及390萬項專利數(shù)據(jù)，作者發(fā)現(xiàn)，這些研究對現(xiàn)有科技的顛覆性越來越少。

他們進一步指出，此種現(xiàn)象可能預(yù)示著——科學技術(shù)的性質(zhì)發(fā)生了根本轉(zhuǎn)變。

目前，該觀點及內(nèi)容已被經(jīng)濟學人、福布斯等主流媒體介紹，推特、Reddit及Hacker News上亦有不少關(guān)注。

所以，這個結(jié)論是怎么得出的？

答案還得從研究本身里找。

如何判斷論文開拓性？

研究主要通過兩類方法，來衡量論文創(chuàng)新程度的變化。

第一種方法是根據(jù)論文引用情況判斷。

這種方法會將新研究分成兩類。

一類在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上實現(xiàn)突破，本質(zhì)上鞏固了已有研究理論（Consolidation）；另一類則是顛覆已有理論，本質(zhì)上是開拓性的新工作（Destabilization）。

舉個栗子，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和密度泛函理論（DFT，Density Functional Theory）都獲得了諾貝爾獎。

如果按上面的方式進行分類，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)顯然是顛覆性的研究，因為它否定了生物界權(quán)威鮑林的“三螺旋結(jié)構(gòu)”研究。

但密度泛函理論，卻是建立在之前研究的基礎(chǔ)上提出來的，與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的開拓性程度并不相同。

如何判斷一篇論文更具開拓性？

作者們采用了一種叫CD指數(shù)的方法（CD index）。

如下圖，黑色代表目前待判斷的研究，白色代表前人的研究，灰色是后來的新研究，CD指數(shù)范圍在±1之間。

如果一篇論文（黑色）是基于已有研究做出改進，那么新研究（灰色）在引用這篇論文時，肯定也會引用前人的研究（白色），CD指數(shù)為負：

反之，這篇論文顛覆了之前的研究，那么新研究都會以這篇論文為基底，而不會再去引用之前的研究，CD指數(shù)為正：

所以，雖然DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和密度泛函理論的論文引用量都非常大，但它們的CD指數(shù)卻分別是0.62和-0.22。下面這張圖顯示了論文和專利CD指數(shù)的分布：

第二種方法，則是通過論文中的詞匯多樣性來判斷。

一方面觀察論文中出現(xiàn)新詞的情況。

注意，這里的造新詞并非老詞新造（給已有的定義換個說法），而是新出現(xiàn)的、在后來的論文內(nèi)容和標題中會重復(fù)使用的詞匯。

另一方面統(tǒng)計與“創(chuàng)造”相關(guān)的動詞數(shù)量。

例如，與創(chuàng)造、發(fā)現(xiàn)相關(guān)的動詞通常包括produce、form、prepare和make，類似的還包括determine、report以及measure等。

與之相反，偏向改進、優(yōu)化乃至應(yīng)用一類的動詞，則包括improve、enhance、increase，以及use和include等等。

作者們采用這兩種方法，分別計算了4500萬篇論文和390萬項專利的CD指數(shù)和詞匯多樣性。

仍然有新突破出現(xiàn)

具體來說，研究得出的結(jié)論如下。

先看創(chuàng)新性隨年份的變化。如下圖，從1945年到2010年間，左側(cè)各年份論文平均CD5指數(shù)（統(tǒng)計時間范圍為論文發(fā)表后5年）有明顯下降。不同領(lǐng)域降幅略有不同，社科為91.9%，物理為100%。

技術(shù)專利創(chuàng)新性也呈下降趨勢。根據(jù)美國國家經(jīng)濟研究所（NBER）數(shù)據(jù)，從1980年到2010年間，計算機與通信領(lǐng)域CD5降幅達93.5%，藥物與醫(yī)療領(lǐng)域降幅為96.4%。

從“語言措辭”變化中也能看到相關(guān)跡象。

在1945-2010年論文中，其內(nèi)容所使用的獨特詞匯及新造詞匯均呈下降態(tài)勢。

有意思的是，措辭上50年前后論文中“創(chuàng)新性”的相關(guān)動詞的出現(xiàn)頻率也更占主導(dǎo)，排在前面的高頻動詞包括：產(chǎn)出、報告、確定、測量……

與之對應(yīng)，2010年論文，排在前列的高頻動詞為：基于、改善、聯(lián)系、增強……

上述動詞同既有科學發(fā)現(xiàn)成果的“聯(lián)系意味”更強。

同樣的情況，也發(fā)生在專利內(nèi)容統(tǒng)計中。

△ 1950年及2010年論文每百個動詞中的高頻詞統(tǒng)計

但值得明確的是，盡管論文創(chuàng)新性的比例在下降，但從絕對數(shù)量看，創(chuàng)新成果產(chǎn)出量趨于穩(wěn)定。

如下圖所示，左側(cè)針對1950-2010論文統(tǒng)計，右側(cè)針對1980-2010專利數(shù)量，不同顏色的線條，代表了不同CD5指數(shù)區(qū)間。

能看出，盡管藍色線條隨年份變化快速上升，但該部分代表創(chuàng)新性較弱的論文及專利數(shù)。相對而言，高創(chuàng)新性的論文及專利，絕對數(shù)量趨于平穩(wěn)：

數(shù)據(jù)統(tǒng)計外，本文作者也列舉了一些近年重大突破，諸如引力波、新冠疫苗。

他們指出，整體的創(chuàng)新性下降并不能讓我們忽視許多高創(chuàng)新性的研究成果及發(fā)明。

那么，是什么導(dǎo)致了整體創(chuàng)新性的下降？

研究者推測，該趨勢與各研究領(lǐng)域的知識增長相關(guān)。

為此，他們統(tǒng)計了數(shù)十年論文及專利的引用多樣性、自引均值、被引作品平均年份。

結(jié)果顯示，無論論文還是專利，幾十年來引用多樣性在下降，自引均值上升，且引文中平均發(fā)表年份也在增加。

通過上述統(tǒng)計結(jié)果，研究者推斷，科學家與發(fā)明家們更多依賴熟悉的現(xiàn)有知識技術(shù)，且這些知識高度同源。

這可能導(dǎo)致創(chuàng)新性成果的不足。

目前，這項研究引來了不少相關(guān)從業(yè)者及科技愛好者的關(guān)注。

一位生物醫(yī)學家認為這毫不驚訝，并表示研究內(nèi)容挺有意思。

還有網(wǎng)友認為，資本也是導(dǎo)致上述現(xiàn)象的一大因素。

他補充道，在過去50年中，更多資金從產(chǎn)出顛覆變化的基礎(chǔ)研究，轉(zhuǎn)向收益直接可見的應(yīng)用研究。

對此，你怎么看？

論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05543-x

參考鏈接：
https://pubsonline.informs.org/doi/epdf/10.1287/mnsc.2015.2366